Statiskā aprēķina pamati
Koks ir dabisks veidojums un, pateicoties savai anatomiskajai struktūrai, ir neviendabīgs būvmateriāls. To var salīdzināt ar cauruļu saišķi, kas atsevišķi izkārtoti paralēli un gredzenveida ap koka serdi — gada gredzeniem vai gredzeniem —, kuriem visur ir atšķirīgs šķērsgriezums un sieniņu biezums, t.i., agrīnā un vēlīnā koksne.
Koksnes stiprība ir atkarīga no apstākļiem, kādos koksne auga, un tos lielā mērā ietekmē koksnes defekti, attīstības nelīdzenumi, koksnes vecums griešanas un lietošanas laikā un jo īpaši tā mitrums.
Vidējā stiprības vērtība atšķiras ne tikai atsevišķiem kokiem no viena un tā paša laukuma, bet arī vienam un tam pašam kokam tā samazinās no resnākā līdz tievākajam galam. Šķērsgriezumā jaunākie gada gredzeni zem mizas pārstāv labāko un cietāko koksni. Mežsaimniecības eksperts koksnes īpašības var ietekmēt tikai ierobežotā mērā, savukārt lietotājs diez vai spēj vienkāršiem līdzekļiem mainīt stiprības īpašības.
Spiedes izturība
Spiediens šķiedru virzienā
Pārbaudot pārsvarā kvadrātveida šķērsgriezuma testējamos paraugus, atteice rodas tādēļ, ka šķiedru šūnu sieniņas savijas dobumos, kur iepriekš skaidri izteiktus šķērseniskus izplešanos nav iespējams noteikt. Šīs izliekšanās sākums notiek vietās ar nelieliem strukturāliem nelīdzenumiem, kurus vairumā gadījumu pat nevar pamanīt no ārpuses, vai arī sākas no augšējās vai apakšējās presētās virsmas.
Skujkoku koksnei — neatkarīgi no tā, vai tā ir egle, priede vai egle — pieļaujamais spiediens ir noteikts 8,5 MPa, lapegles koksnei — 9 MPa. Cietkoksnei, ozolam vai dižskābaržam tas ir 10 MPa.
Kopumā reālā vidējā spiedes stiprība, vismaz ozolam, nav lielāka par skuju kokiem, taču šī vērtība tomēr ir pamatota, jo masīvkoka koksni praktiski izmanto tikai mazos gabalos konstrukcijās, līdz ar to var izvairīties no koksnes ar lielākiem mezgliem vai koksnes ar neregulāru attīstību. Ozola koksne ir pārvērtēta. Jauns ozols, līdz 30 gadiem, šķiet ievērojami izturīgāks un stiprāks par vecāku koku koksni.
I kvalitātes klase pieļauj skuju koksnes izturību līdz 11 MPa, lapeglei 11,5 MPa un ozola un dižskābarža 12 MPa. III kvalitātes klasei tika noteiktas vērtības 6 MPa skujkoku koksnei un 7 MPa ozola un dižskābarža koksnei.
Spiediens, kas ir perpendikulārs šķiedras virzienam
Vienā, kas ir perpendikulārs šķiedrām, atteices parādības atšķiras no parādībām, ko izraisa spiediens šķiedru virzienā. Stiprība zem šķērsspiediena galvenokārt ir atkarīga no stiprības, ko parāda nesablīvēts agrīnās koksnes daudzums gada gredzenā. Vēlai koksnei, no kuras atkarīga stiprības vērtība zem aksiālā spiediena, šķērsspiedienā ir slodzes sadalījuma loma.
Pārbaudot, roka, kas parāda spēka lielumu, pastāvīgi saglabā visaugstāko aizņemto pozīciju. Pilnībā noslogotas sekcijas gadījumā izturība zem spiediena, kas ir perpendikulāra šķiedrām, skujkokiem ir1/7uz1/10stiprības vērtības šķiedru virzienā un cietkoksnei no1/3uz1/5stiprības vērtības šķiedras virzienā.
Stiepes izturība
Stiepes izturība tika pārbaudīta daudz mazākā mērā nekā spiedes izturība. Daļēji tas var būt saistīts ar faktu, ka piemērotu testa paraugu ražošana un testēšana ir laikietilpīga un dārga.
Koka struktūras nelīdzenumi uzkrītoši izpaužas stiepes stiprībā. Līdzīgi izturībai zem spiediena, papildus baļķu platumam izšķiroša nozīme ir vēlīnās koksnes īpatsvaram. Agrīnās koksnes sabojāšanās notiek pirms vēlīnās koksnes bojāšanās, tāpēc agrīnās un vēlīnās koksnes stiprības nevar pievienot. Mezglu un attīstības nelīdzenumu ietekme ir izteiktāka nekā spiedes stiprībā. Pietiek ar jebkuru līkumu vai vilni, ko rada mezglu tuvums, kam nav jābūt uz kociņa, lai bez defektiem samazinātu lūšanas izturību līdz ceturtdaļai no koksnes stiepes izturības.
Spriegoto elementu vājākās vietas ir struktūras mezgli, kur vājināšanās smadzenēm paredzēto iecirtumu dēļ ir vislielākā. Šeit, īpaši vaigos, t.i., prievītēs, ir lieces radīti spriegumi, kas aprēķinos nav iekļauti.
Pieļaujamie spriegumi skujkokiem no I kvalitātes klases ir:10,5 MNu ko par ozola un dižskābarža koksni11 MNu. Spriegotiem elementiem III kvalitātes klases materiālu izmantošana ir izslēgta.
Aparāts koksnes stiepes izturības pārbaudei.
Liekšanas spēks
Pieņēmumi, kas ir Naviera lieces aprēķina formulas pamatā, ar labu tuvinājumu attiecas arī uz koksni, bet tikai pie zemām slodzēm. Pie lielākas slodzes rodas tādas nobīdes, ka faktiskais malas spriegums spiediena ietekmē ir mazāks par aprēķināto, savukārt spriegumam no spriedzes tiek iegūts pretējs attēls. Faktiskā nulles līnija pāriet uz ciešo pusi.
_Bildes1un2— elementa lūzums un sprieguma sadalījums lieces laikā.
Aprēķinātā lieces izturība pārrāvuma brīdī ir lielāka par1,4uz2reizes lielāka spiedes izturība un, ar dažiem izņēmumiem, ir mazāka par stiepes izturību. Ja mezgli un nelīdzenumi rodas tuvu maksimālajiem momentiem un maksimālajiem malu spriegumiem, samazinājumi notiek līdz50%.
Jāuzsver, ka lieces izturība pie ilgstošas statiskās slodzes ir aptuveni puse no lieces stiprības, ko nosaka parastajā veidā. Ja slodze pilnībā vai daļēji tiek bieži atkārtota, kravnesība turpinās samazināties atkarībā no tā, cik lielā mērā kustīgā slodze veido kopējo slodzi.
Pieļaujamais lieces spriegums III kvalitātes klases skujkokiem ir 7 MPa, bet II un I kvalitātes klasei tas noteikts attiecīgi 10 MPa un 13 MPa. Nepārtrauktiem balstiem bez savienojumiem no pēdējām divām klasēm tiek nodrošināti spriegumi 11 MPa un 14 MPa, jo šādi balsti uzrāda lielāku drošību.
Izmērojot sijas, kas pakļautas liecei, daudzos gadījumos tiek izmantots nevis lieces spriegums, bet gan pieļaujamā novirze. Starpstāvu konstrukciju sijām deformācija pastāvīgas vai lietderīgas slodzes dēļ nedrīkst pārsniegt 1/300 diapazonu. Brīvi atbalstītai sijai, kas noslogota ar vienādi sadalītu slodzi, attiecībai starp laidumu un augstumu jābūt ne vairāk kā 16 ar pieļaujamo lieces spriegumu 10 MPa.
Īsām, stipri noslogotām sijām un sarežģītiem šķērsgriezumiem bīdes spriegums ir ļoti svarīgs. Elastības modulis ir svarīgs izliecei, kā arī lieces stiprībai un statiski nenoteiktu konstrukciju aprēķināšanai. Elastības moduļa lielums atkarībā no materiāla kvalitātes ir ļoti atšķirīgs. Skujkoku elastības modulis ir 10.000 MPa, un perpendikulāri šķiedrām šī vērtība ir 300 MPa skujkoku koksnei un 600 MPa ozola un dižskābarža koksnei.
Aparāts koksnes lieces stiprības pārbaudei.
Bīdes izturība
Cirpjot koksnei ir zema izturība. Bīdes stiprības vērtības var ievērojami atšķirties koka plaisāšanas dēļ.
Augšējā robeža 0,9 MPa noteikta visu trīs kvalitātes klašu skujkokiem. II un III kvalitātes ozola un dižskābarža koksnei maksimālā vērtība ir 1 MPa, attiecīgi 1,2 MPa I klasei.
Ja šiem spriegumiem tiek iegūtas pārāk īsas pārkares, ieteicams spriegumus neizmantot. Ja gala pārkares ir īsas, pastāv liels risks, ka bīdes plaknē veidojas saraušanās plaisas, kas var izraisīt pilnīgu nestspējas zudumu.
Aparāts koksnes bīdes izturības pārbaudei.
Izliekuma izturība
Ja stieņi ir pakļauti spiedienam, ir jāpārbauda liece ar aprēķinu. Īpaši svarīgi ir pareizi izvēlēties lieces garumu. Stieņi jānostiprina ar sakabēm pret sānu novirzēm. Ja to nevar veikt pietiekamā apjomā, aprēķinos jāievada lielāks lieces garums.
Attēli 3 un 4 — pilni un salikti šķērsgriezumi ar materiālām un nemateriālām asīm.
Sarežģītiem presētiem stieņiem aprēķins tiek veikts attiecībā pret materiāla asi, x-ass attēlos4un es4b, tāpat kā pilnām sekcijām, kur visa stieņa platums tiek ņemts par atsevišķu elementu platumu d summu.
Izliekumam attiecībā pret nemateriālo asi, y ass attēlos4un,4b i4c un x-ass attēlā4c, nevar paļauties uz perfektu atsevišķu šķērsgriezumu kombināciju, jo koka nūju šķērssavienojumi padodas. Divdaļīgam šķērsgriezumam atbilstoši attēlam4un tiek piemērotas šādas attiecības:
Oriģinālās formulas divdaļīgā šķērsgriezuma aprēķinam.
Saliktos presētos stieņus parasti izmanto tikai tur, kur to prasa savienojumi, t.i., ja nav iespējams iegūt pilna profila elementus vajadzīgajos izmēros. Lai pēc iespējas tuvinātu pilnām sekcijām, vienmēr ir ieteicami nepārtraukti gareniskie savienojumi.
Saistītās tēmas: koka konstrukciju atbalsta, starpstāvu konstrukcijas, koka defekti, koksnes mitrums un ēka.